應(yīng)用消息傳遞和卡爾曼模型的無線傳感網(wǎng)定位跟蹤算法

趙 恒,袁正道,,孫 鵬,張園園,吳 勝

(1.河南開放大學(xué) 信息工程與人工智能學(xué)院,鄭州 450002;2.鄭州大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院,鄭州 450001;3.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 電子信息學(xué)院,鄭州 450001;4.北京郵電大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院,北京 100867)

0 引 言

在無線通信和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的浪潮下,無線傳感網(wǎng)[1](Wireless Sensor Network,WSN)已經(jīng)融入到生活和工業(yè)的各個(gè)角落。WSN系統(tǒng)將傳感節(jié)點(diǎn)嵌入到目標(biāo)物中,測(cè)量物體參數(shù)信息,發(fā)送給處理終端收集。但通常傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的只有目標(biāo)物的狀態(tài)參數(shù),如果能結(jié)合定位,則能挖掘出更有價(jià)值的信息,因此無線定位也成為了WSN系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。WSN系統(tǒng)經(jīng)常部署于室內(nèi)、戰(zhàn)場(chǎng)、密林等復(fù)雜環(huán)境,對(duì)定位系統(tǒng)的可靠性有較高要求。此外,待測(cè)目標(biāo)物(如車輛、行人)會(huì)不斷移動(dòng),如果能利用連續(xù)時(shí)間的位置信息(即跟蹤定位),則能極大提升定位的準(zhǔn)確度和可靠性。

目前較常用的短距離無線測(cè)距、定位方法有射頻身份識(shí)別、超寬帶[3](Ultra-wide Band,UWB)、WiFi、藍(lán)牙等。定位算法的基礎(chǔ)原理是利用信號(hào)強(qiáng)度[4]、到達(dá)時(shí)間(Time of Arrival,TOA)[5]測(cè)量目標(biāo)物與已知位置節(jié)點(diǎn)(也稱之為錨節(jié)點(diǎn))的距離,通過三角定位、最小二乘估計(jì)(Least Square,LS)[6]、最小均方誤差(Linear Minimum Mean Square Error,LMMSE)、質(zhì)心算法[7]等方法計(jì)算待測(cè)目標(biāo)物的坐標(biāo)。從算法的角度看,以上算法均屬于非貝葉斯類算法,忽略了測(cè)量誤差和噪聲的統(tǒng)計(jì)特性,未利用節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)信息和方差,在干擾較大的場(chǎng)景下會(huì)引起較大的性能損失[8]。

消息傳遞算法[9]是變分貝葉斯推理類方法的典型代表,近年來在圖像處理、信道估計(jì)、接收機(jī)設(shè)計(jì)[10]、信號(hào)處理[11]等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。……